skripta

[cm2/g]
Hmota Chemické
složení
Objemová
hmotnost
[g/cm3] rychlé
neutrony
γ-záření
3 MeV
oxid hlin. AI2O3 3,6 0,0330 0,0365
baryt 1. BaS0
4
4,3 0,0236 0,0363
ferofosfor 2. Fe
nP
6,4 0,0230 0,0359
magnetit 3. Fe
304
4,6 0,0258 0,0359
limonit Fe203 • n•H20 3.7 0,0372 0,0362
železo Fe 7,8 0,0214 0,0359
olovo Pb 11,3 0,0103 0,0413
křemen Si02 2,6 0,0328 0,0362
voda H20 1,0 0,1 -0,134 0,0396
Technologie betonu II · Modul M 01
- 20 (148) -
3.2.3 Přísady do betonu
Přísady musí mít ověřenou kompatibilitu v systému voda-přísada- ce-
ment -kamenivo. Aby se zahrnuly případné negativní reakce mezi těžkým ka-
menivem a přísadou, je třeba provést průkazní zkoušky.
3.3 Příklady receptur
Příklady receptur a způsob zpracování jsou uvedeny v tabulce 3.2.
Složení čerstvého betonu se vypočítává za pomoci klasické rovnice ab-
solutních objemů. Přitom je třeba vzít v úvahu nutnost zajištění objemové
hmotnosti ve vyschlém stavu. Proto je třeba nasadit objemovou hmotnost asi o
100 kg/m3 větší, neboť podle zkušenosti během vysýchání betonu se odpaří 60
- 90 kg vody.

Tab. 3.2: Příklady receptur těžkých betonů

3.4 Poznámky k výrobě, přepravě a přejímce
Skladování složek je třeba uzpůsobit tak, aby nedošlo k jejich nechtě-
nému smísení, znečištění. Těžké „kamenivo" skladujeme takovým způsobem,
aby nebylo vystaveno povětrnostním vlivům, především dešti a sněhu, a nedo-
cházelo reznutí kovových složek a v důsledku toho k jejich srůstání, což u
drobných složek vede k obtížné homogenizaci čerstvého těžkého betonu.
Během míchání je třeba snížit plněné množství do míchačky, aby hmot-
nost náplně odpovídala normální hustotě betonu (2400 kg/m3) a aby nedochá-
zelo k přetěžování míchačky. Doba míchání bývá delší a zpravidla činí 1 - 2
min. Obdobné zásady plnění platí i pro přepravu těžkého čerstvého betonu. U
kameniva o frakcích, které se liší svojí hustotou, lze očekávat segregaci a potí-
že při transportbetonu.
Technologie betonu II · Modul M 01
- 21 (148) -
Jak již bylo výše uvedeno, ukládá se těžký beton hlavně dvěma způsoby
- normálně - především „lehčí" těžké betony, způsobem Prepact - zvlášť těžké
betony. Při přejímce je třeba věnovat pozornost především homogenitě ulože-
ného betonu. Rozmísený těžký čerstvý beton nesmí být ukládán neboť by nebyl
v ztvrdlém stavu funkční.

3.4.1 Ukládání čerstvého těžkého betonu
Jak je uvedeno výše, používají se při ukládání různé způsoby:

• jednofázově - postup normální betonáže
• dvoufázově - postup Prepact
- postup Pudidel

První dva postupy nevyžadují delší popis. Stručně bude uveden postup
třetí, který umožňuje snadněji zpracovat „kamenivo“ o různé objemové hmot-
nosti.
V tomto případě se ve vrstvách o tloušťce několika dm ukládá „malta“
– jemný beton a do nich se klade těžké, kovové „kamenivo, a takto vzniklá
směs se hutní. U zvlášť těžkých čerstvých betonů jsou nepoužitelné běžné vib-
rátory, zapotřebí jsou speciální druhy, jejichž hutnící účinek odpovídá daným
podmínkám.

Pozornost je třeba věnovat i pracovním spárám, výhodnější je postup beze spár.
Jsou-li nezbytné, nemělo by být přerušení betonáže delší 5 hod., při teplých
povětrnostních podmínkách 2 hod. Pracovní spára musí být dokonale vymyta
paprskem vysokotlaké vod. Povrch spáry před další betonáží smí být pouze
matně vlhký.





4 Vláknobetony
Vláknobetony je speciální typ konstrukčních betonů, jejichž struktura ob-
sahuje, mimo obvyklých složek, vlákna. Rovnoměrné rozptýlení vláken
v betonu může významných způsobem ovlivnit některé jeho vlastnosti a
to často ty, které jsou pokládány za jeho slabiny. Těmito vlastnostmi jsou
především: schopnost betonu odolávat účinkům tahových napětí, křehký
charakter jeho porušení a v neposlední řadě i projevy objemových změn.

Při návrhu a výrobě betonu s vlákny je třeba nejen zvolit vhodný druh
vlákna a jeho odpovídající množství, ale také odpovídajícím způsobem zvlád-
nout technologii výroby. Ta bývá složitější než v případě obyčejného betonu a
Technologie betonu II · Modul M 01
- 22 (148) -
to již z toho důvodu, že je třeba pracovat s minimálně jednou složkou navíc.
Tou je právě příslušný druh vlákna. Některé typy vláken mohou z tohoto po-
hledu výrobu betonu komplikovat proto, že se jedná o složku, jejíž chování a
vlastnosti jsou velmi odlišné od složek ostatních.
4.1 Použití
Betony se strukturou vyztuženou vlákny se používají všude tam, kde
vlastnosti obyčejného betonu nevyhovují a kde lze právě tímto způsobem vy-
ztužení vlastnosti betonu zlepšit. Díky technologickému postupu výroby beto-
nu lze do jeho struktury přidat v podstatě jakýkoliv typ vláken. Velmi široký
sortiment vláken lze rozdělit v zásadě na dvě skupiny podle toho, jaký cíl při-
dáním vláken sledujeme. Nejčastěji je požadováno zlepšení pevnosti v tahu
doprovázené, v různé míře, ztrátou křehkého charakteru porušení. Pro tento cíl
je třeba vlákna s dostatečnou pevností vhodným modulem pružnosti a dosta-
tečnou schopností spolupůsobit s okolním betonem. Mezi nejčastěji používaná
vlákna této skupiny patří především vlákna ocelová a vlákna skleněná. Jiné
druhy vláken, které jsou z tohoto pohledu rovněž vhodné (např. vlákna uhlíko-
vá), se používají ve velmi omezeném množství případů z důvodů nepřijatelně
vysoké ceny. Druhou skupinu vláken představují vlákna, která mají omezit
projevy objemových změn, zejména projevy smršťování. Do této skupiny vlá-
ken lze zařadit vlákna z mnoha typů materiálu, přírodních i syntetických, je-
jichž společnou vlastností je vysoká jemnost vlákna. Struktura betonu je
v případě těchto vláken, i při velmi malých objemových dávkách, vyztužena
vysokým počtem vláken, která v důsledku této skutečnosti vyztužují prostředí
cementového kamene velmi rovnoměrně. Jejich základní mechanické vlastnosti
(pevnost a modul pružnosti) vykazují obvykle, v porovnání s první skupinou
vláken, jen zlomkových hodnot. Přesto však se jejich schopnost odolávat napě-
tím vznikajícím ve struktuře betonu uplatní, a to zejména v počátečním období
procesu hydratace. Jejich přítomnost může oddálit vznik respektive šíření
smršťovacích mikrotrhlin. Nejpoužívanějšími vlákny tohoto typu jsou vlákna
polypropylénová, polyolefinová a rovněž vlákna skleněná.

Pokud se týká vyztužení betonu vlákny je třeba konstatovat dvě základní sku-
tečnosti :

a) Vyztužení betonu vlákny je jediným způsobem vyztužení, kterým je
vyztužena celá struktura tohoto materiálu. Zatímco klasické vyztužení ocelo-
vými tyčemi sice zaručuje spolehlivost dílčích průřezů a tím i celé konstrukce,
vlastnosti samotného betonu v konstrukci významněji nemění. Beton
v klasicky vyztužené konstrukci má tudíž stejné vlastnosti jako beton
v konstrukci nevyztužené.
b) Vyztužení betonu ocelovými vlákny může výrazně změnit vlastnos-
ti čerstvého i zatvrdlého betonu, avšak účinnost tohoto vyztužení obvykle ne-
může konkurovat klasickému vyztužení, které je v podobě tyčí cíleně soustře-
děno pouze do těch míst průřezů, kde má výztuž obvykle nejvyšší účinnost.
Nahrazení klasické tyčové výztuže výztuží z ocelových vláken proto není
z hlediska statické spolehlivosti průřezu, až na výjimky, možné.

Technologie betonu II · Modul M 01
- 23 (148) -
4.2 Složení vláknobetonů
Jak již bylo naznačeno v předcházejícím textu, lze konstatovat, že
v otázce složení lze rozdělit betony s vlákny na dvě skupiny. Do prvé patří
veškeré betony, které obsahují vlákna, která reagují na síly, kterým jsou vysta-
vena deformací své podélné osy. Snadné přetvoření těchto vláken je zárukou,
že směs s těmito vlákny, je-li porovnávána se směsí bez vláken, výrazněji ne-
změní svou zpracovatelnost. Do téže skupiny lze zařadit i některé betony, které
sice obsahují vlákna s tak vysokou ohybovou tuhostí, která geometrii vlákna
zachová, avšak jichž se v objemové jednotce betonu nachází jen velmi malé
množství.
Druhou skupinou jsou vláknobetony, které obsahují vyšší dávku vláken
dostatečné ohybové tuhosti. Jestliže je po betonu s ocelovými vlákny požado-
vány garance jisté hodnoty tahového napětí nebo garance chování po vzniku
trhlin, je často potřebná dávka drátků nad obvyklou hranici Správně navržené
složení zohlední jednak požadavek zvýšené mezerovitosti směsi kameniva a
vláken, jednak požadavek dosažení vhodné zpracovatelnosti. První se projeví
úpravou podílu jemných částic, druhý nejčastěji přidáním plastifikač-
ních přísad.
Samostatnou oblastí vláknobetonů jsou betony s extrémně vysokým ob-
sahem vláken. V odborné literatuře jsou označována jako SIFCON (zkratkový
symbol z pojmenování Spurty Infiltrated Fibre Confere – tedy přibližně vlák-
nobetony vyplněné cementovou kaší), které obsahují mimořádné objemy vlá-
ken za cenu téměř úplné absence klasického kameniva. Tyto betony vykazují
zcela mimořádně hodnoty tahových pevností, včetně pevností reziduálních.
Pokud se týká vláknobetonů typu SIFCON, je jejich složení na jedné straně
velice prosté – vlákna, nečastěji ocelová v dávce až 700 kg/m3 a vhodně slože-
ná cementová matrice bez hrubých frakcí kameniva. Právě složení této matrice
je specifickým problémem, neboť její vlastnosti musí zabezpečit schopnost
vyplnit prostor mezi jednotlivými vlákny a to bez účinku jakéhokoliv hutnícího
prostředku. Na složení těchto malt jsou kladeny shodné požadavky jako na
samozhutňující betony a jejich složení tudíž vychází i ze shodných principů.

4.2.1 Cement
K výrobě vláknobetonů lze použít obvyklých cementů, kterých by bylo
použito při výrobě konstrukce z klasicky vyztuženého nebo obyčejného betonu
ve shodných výrobních podmínkách a prostředích, ve kterém bude konstrukce
sloužit. Rozhodujícími okolnostmi určujícími typ použitého cementu jsou tudíž
požadavky na výši požadované tlakové pevnosti, rychlost hydratace, agresivitu
prostředí a samozřejmě také cenu cementu.

4.2.2 Voda
Požadavky na kvalitu záměsové vod jsou při výrobě vláknobetonů
shodné s požadavky na vodu používanou výrobě obyčejných betonů.

Technologie betonu II · Modul M 01
- 24 (148) -
4.2.3 Kamenivo
Pokud se týká požadavků n kamenivo lze rovněž konstatovat, že pro
výrobu vláknobetonů vyhovují kameniva, kterých se používá pro výrobu beto-
nů obyčejných.
V návaznosti na výše uvedené okolnosti , je však třeba uvést, že zejmé-
na v případě vláknobetonů s vlákny s dostatečnou ohybovou tuhostí je zásadní
otázkou zajištění požadavku hutnosti výsledného betonu s vlákny. Již bylo po-
znamenáno, že tuto skutečnost výrazně určuje dávka, typ a velikost vláken a
podíl hrubé frakce kameniva (včetně parametru velikosti největšího zrna) na
straně jedné a podíl jemných složek včetně podílu pojiva na straně druhé. Lá-
kavá cesta zcela eliminující podíl hrubého kameniva a tudíž výroba jemnozrn-
ných vláknobetonů není cestou, která by měla být v případě konstrukčních
vláknobetonů použita. Absence hrubé frakce kameniva obvykle zvyšuje cenu
betonu a snižuje jeho pevnost. Tento extrémní postup je na místě pouze
v případě již zmíněných vláknobetonů typu SIFCON.

4.2.4 Příměsi
Z předcházejícího vyplývá, že v oblasti navrhování a výroby vláknobe-
tonů se setkáváme častěji nežli je tomu v případě betonů obyčejných s použitím
příměsí. Pokud se týká chemicky aktivních příměsí, není v podmínkách jejich
použití, v porovnání s oblastí betonů bez vláken, žádný podstatný rozdíl. Při
návrhu složení vláknobetonů se tudíž lze setkat se všemi, které jsou k dispozici.
Nejčastěji tudíž s popílkem a silikovým pachem. S druhou uvedenou spíše vý-
jimečně, pouze v případě betonů, na které jsou kladeny nároky na dosažení
mimořádných pevností.
Jak je uvedeno v předcházejícím odstavci, může být např. při výrobě
betonů s vysokým obsahem drátků použito inertních příměsí, tedy zejména
kamenných mouček a fillerů. Tento typ plniva je nezbytný při výrobě betonů
typu SIFCON.

4.2.5 Přísady
Za téměř standardní součást vláknobetonů s požadavky vyšších pev-
nostních charakteristik lze považovat přísady ovlivňující zpracovatelnost vlák-
nobetonové směsi. Jejich přítomnost je vyvolávána vlivem zabudování vláken,
které zhoršují pohyblivost a zpracovatelnost čerstvých betonů. Ostatních typů
přísad se používá jako u betonů obyčejných tj. v závislosti na konkrétních
podmínkách, ve kterých jsou zhotovovány (např. přísady ovlivňující průběh
hydratace), eventuálních dalších požadavků na vlastnosti betonu (např. pro-
vzdušňující přísady) a konečně i v důsledku specifických technologických po-
stupů zhotovení (např. urychlující přísady při použití technologie stříkaného
betonu). Důležité v případě provzdušněných betonů je si uvědomit, že při mí-
chání na povrchu vláken vznikají bublinky vzduchu a tím se beton pro-
vzdušňuje. Ovšem velikost vzniklých vzduchových pórů je mimo oblast účinné
velikosti pórů (50 až 300 mikrometrů) a póry jsou větší. Důsledkem je pak sní-
žení tlakových pevností či problémy s trvanlivostí betonů při působení mrazu.
Technologie betonu II · Modul M 01
- 25 (148) -
Obsah vzduchu v čerstvém betonu stanovený tlakovou metodou se takto zvyšu-
je o 1,5 až 2 %.

4.2.6 Rozptýlená výztuž
• Ocelová vlákna
• Vlákna na bázi umělých hmot
• Skleněná vlákna

4.2.6.1 Ocelová vlákna
Použití technologie ocelových vláken v betonovém kompozitu přináší
nejenom vyšší užitné hodnoty, ale i zcela odlišné mechanické vlastnosti betonu
oproti betonu prostému, a to jak v prvních hodinách tuhnutí, tak i po vytvrdnu-
tí, kdy jsou již vlákna pevně zakotvena a je zaručena jejich maximální účin-
nost. Vláknobetony s ocelovými vlákny mají schopnost přenášet vyšší ohybové
momenty než betony prosté a jejich statická účinnost se projevuje v celém pro-
filu oproti klasickému vyztužení. Nejčastější použití ocelových vláken je do
betonových průmyslových podlah. Obvyklá optimální dávka pro tyto účely je
25 až 30 kg/ m3 betonu.


Charakteristika ocelových vláken :

Ocelová vlákna se dělí do několika základních skupin, a to podle zá-
kladního tvaru a průřezu a následně podle druhu materiálu, z kterého jsou vy-
robena. Základní skupina je tvořena vlákna s typickými kotvícími upravenými
konci, nebo kotvením po celé délce profilováním průřezu vlákna.
Ocelová vlákna musí vyhovovat podmínkám pevnosti v tahu 600 až 1200
N/mm2 , s průměrem od 0,15 mm do 1,2 mm. Délka se pohybuje od 12 mm do
70 mm podle použití vlákna. Vlákna jsou buď kruhového nebo obdélníkového
průřezu ve tvaru :
• rovná vlákna s hladkým povrchem,
• rovná vlákna s profilovaným povrchem,
• zvlněná vlákna,
- vlákna s koncovými kotvícími ohyby,
- vlákna s koncovými kotvícími ohyby a rilováním,
• segmentová vlákna,
- pozinkovaná a antikorozní vlákna,
- speciální vlákna.

Ocelová vlákna se vyrábějí z rozdílných pevnostních tříd a dělí se podle
technologie výroby na drátěná vlákna, vlákna vyráběná z válcovaného materiá-
lu a frézovaná z brám.
Technologie betonu II · Modul M 01
- 26 (148) -



Obr. 4.1: Ocelová vlákno s kotvícími konci a hladkým povrchem





Obr. 4.2: Ocelové vlákno zvlněné
Technologie betonu II · Modul M 01
- 27 (148) -

Obr. 4.3: Segmentové zvlněné vlákno


Vlákna z válcovaného materiálu

Ocel pro výrobu vláken musí dosahovat pevnosti v rozmezí od 300 do
1000 N/mm2,
- délka s pohybuje od 12 mm do 70 mm podle použití vlákna,
- profil je obdélníkového průřezu o různé šířce,
- rovná vlákna, zvlněná vlákna, vlákna s koncovými kotvícími ohyby.




Obr. 4.5: Vlákno z plechu s kotvícími konci





Technologie betonu II · Modul M 01
- 28 (148) -
Frézovaná vlákna

Vlákna vyráběná frézováním z brám. Tato vlákna jsou dlouhá 30 mm
s pevnosti 900N/mm2. Jejich zvláštností je na jedné straně hrubý povrch
s velkou přilnavosti k cementové matrici.



Obr. 4.6: Ocelové frézované vlákno


4.2.6.2 Polypropylenová (PP) vlákna
Každé PP vlákno má přesně specifikované vlastnosti a od tohoto je od-
vozena i jeho účinnost ve výsledném kompozitu, jako je beton. Vlákna po kva-
litním rozmísení vytvoří v betonové směsi třídimenzionální strukturu. Tato
struktura je potom základem pevnostního chování vláknobetonu.

Typy polypropylenových vláken – vlastnosti

Na trhu se nabízí několik typů polypropylenových vláken. Jejich zá-
kladní dělení je na monofilamentní vlákna, tj. vlákna vyráběná jednotlivě a
následně dělená na požadovanou délku s hladkým kruhovým průřezem, a na
fibrilované (rozvlákněné) vlákno, tj. vlákno vyráběné z folie a též následně
dělené na požadovanou délku s hranatým průřezem a drsnějším povrchem.
V žádném případě fibrilace neznamená nějaké zvláštní zdrsnění či jinou úpravu
vlákna na povrchu. Jediná povrchová úprava PP vláken je způsobena lubrifika-
cí, která zaručí při styku s vlhkostí nebo vodou dokonalé rozdělení jednotlivých
pastilek a rozmísení jednotlivých vláken v celém objemu betonu. Výrobou
vytvořený povrch vlákna má příznivý vliv na účinnost kotvení vlákna
v cementové matrici. Obecně však platí, že soudržnost PP vláken obojího typu
ve výsledném kompozitu je řádově nižší než u ocelových vláken. Takže prak-
ticky dochází k vyčerpání únosnosti u PP vláken jejich vytržením z matrice,
nebo přetržením.


Technologie betonu II · Modul M 01
- 29 (148) -

Obr. 4.7: Monofilamentní vlákna Obr. 4.8: Fibrilovaná vlákna


Polypropylenová vlákna se používají do betonu, potěrů, z důvodu ome-
zení poruch těchto materiálů. Obvyklá dávka je 0,8 až 1,1 kg/ m3 betonu. Pře-
devším se jedná o zamezení vzniku trhlin od plastického smršťování a sedání.
Přidáním vláken do betonové směsi vytvoříme z betonu celkově houževnatější
a spolehlivější materiál. Polypropylenová vlákna zvyšují adhezi čerstvého be-
tonu, čímž se zlepšuje jeho modul pružnosti.
O výztužném účinku vláken rozhoduje mimo jiné především jejich po-
čet a rovnoměrné rozptýlení v celém objemu cementové matrice. Monofila-
mentní vlákna o průměru 18 µm mají výrazně vyšší počet vláken v hmotnostní
jednotce, než vlákna fibrilovaná, jejichž průřez je několikanásobně vyšší.
Obecně je tedy možné konstatovat, že vlákna monofilamentní mají při stejné
dávce vyšší výztužné účinky, než vlákna fibrilovaná.




Obr. 4.9: Povrch s monofilamentním Obr. 4.10: Povrch s fibrilovaným
vláknem vláknem


4.2.6.3 Skleněná vlákna
Vlákna jsou ve směsi třídimenzionálně rozptýlena, čímž zlepšují me-
chanicko-fyzikální vlastnosti betonu a omezují rozvoj mikrotrhlin v prvních
fázích tuhnutí a tvrdnutí betonu. Používají se do betonů, potěrů a samonive-
lačních stěrek. Dávkují se v množství 0,6 až 1,2 kg/m3 směsi. Délka vlákna je
obvykle 12 mm, jsou alkalivzdorná a opatřená rozpavitelnou lubrifikací. Pro
vyztužení stěrek a potěrů je možné použít vlákna uspořádaná do rohože, která
je po instalaci následně rozplavitelná.

Technologie betonu II · Modul M 01
- 30 (148) -
4.3 Poznámky v výrobě betonů s vlákny
Dále uvedené poznámky se týkají výlučně výroby drátkobetonových
směsí a drátkobetonu a to ze dvou důvodů: jednak jsou drátky v současné době
nejčastěji používaným typem vlákna, jednak vlákna polypropylénová a skleně-
ná méně používaná a v podstatě žádné specifické problémy při výrobě nepřiná-
šejí.
4.3.1 Dávkování
Specifickou otázkou je dávkování vláken a to především ocelových.
Samostatným problémem je otázka rozmíchání drátků v čerstvém betonu. Při
dávkování drátků do míchačky nebo